双头专用车床液压系统设计

1、目录一、 设计任务 21、 课程设计题目22、课程设计任务 错误！未定义书签。二、 液压回路工况分析 41、导程摩擦阻力 42、惯性力43、工作负载54、液压缸密封摩擦阻力 5三、 液压系统主要参数计算 81、预选系统设计压力 82、计算液压缸主要结构尺寸 83、单个液压缸需求的最大流量 104、其他工作阶段的压力、流量和功率 10四、 制定方案，拟定液压系统图 111、制定液压回路方案 112、合成液压系统图123、选择液压系统的元件和辅件 14(1) 液压泵的选择14(2) 控制元件的选择 15五、液压缸设计1、液压缸结构的拟定 182、液压缸主要几何尺寸的计算 193、液压缸的结构图20

2、六、设计总结22七、参考文献设计任务1、课程设计题目某厂欲自行设计制造一台专用车床，用于压缩机连杆两端长轴颈的车削加工。根据加工工件尺寸较长的特点，拟采用的加工工艺方案为：工件固定，刀具旋转并进给。车床主要由床身布有相互平行的 V形导轨和平导轨各一条（见图1-1）和左右两个车削动力头组成，其 总体布局如图2-2所示。工件装夹于床身中部。两个独立的动力头，通过机械传动带动主轴 及刀具旋转实现车床的主运动；进给运动要求采用液压缸实现，即在床身上安装两个液压缸，使其活塞杆与各动力头下部相连，通过液压缸往复运动驱动动力头实现车床的进给运动。车床加工工件时，车削动力头的进给工作循环为：快进t工进t快退t

3、停止。已知：移动部件重约是G= 15kN ;各车削动力头的最大切削进给抗力（轴向力）估值为Fe= 10kN;主切削力（切向力）Fz= 35kN。要求动力头的快速进、退速度相等，V仁Vmax=3m/min ;错误！未找到引用源。工进速度无级调整范围为 V2=错误！未找到引用源。.021 m/min.导轨的静、动摩擦 因数分别为 错误！未找到引用源。s=0.2;错误！未找到引用源。d=0.1。（2）配置执行元件根据车床的总体布局及技术要求，选择缸筒固定的单杆活塞缸作为驱动车削动力头实现进给 运动的液压执行元件。不必进行运动分析。故仅对液压缸作 液压缸的受力简图如图 1-2所（3）工况分析由于动力头

4、的快速进退及工作进给阶段的速度已给定， 动力分析，即通过分析计算，确定液压缸总的最大外负载。 示。1 2 3456 7 8图1-1车床总体布局示意图1, 8 一车削动力头；2, 7 一主轴；3, 6 一连杆轴颈;4 一夹具；5 一工件（连杆）;9 一导轨；10 一床身图1-2车床液压缸受力分析计算参数类别参数值参数类别参数值取大仃程0.4m轴向载何Fe=10KN工进速度范围0.021.0m/min轴向载何Fz=35KN快进，快退速度3m/min动摩擦系数fd=0.1移动部件重G=15KN静摩擦系数fs=0.2题目要求：1驱动装置：双作用单出杆活塞缸，头部用间隙式缓冲，尾部用可调缓冲。2安装方式

5、：缸前，后盖采用法兰连接，用切向支座与机架固定，活塞杆移动。3控制方式：用行程阀快进与工进速度的换接。设计要求：1进行工况分析与计算，绘制工况图（包括速度图与负载图）。2. 拟定液压系统原理图，选择标准液压元件，绘制电磁铁动作循环表3. 进行液压缸设计计算，图纸绘制。上交材料：1. 设计说明书一份。2. 液压系统原理图一张3. 液压缸装配图及部分零件图一套液压回路工况分析1、导程摩擦阻力车床工进阶段的导轨受力见图2-2,取摩擦因数fd=1，可算得动摩擦阻力Ffd1为=G Fzf G Fzd 2'sin23(15+3加“ 01106036JFfd1 ：23(15+3加 10仙.90sin

6、 -车床空载快速进退阶段启动时，导轨受静摩擦阻力3=15 10CLsin22 sin45 =3621NFfs作用，区静摩擦因数 f s=0.2，算得加速阶段和恒速阶段的动摩擦阻力为Ffd2 号1 G 2 sin 2315 1030.1o.1廿1811N2、惯性力取速度变化量". =1.2m/min =0.02m/s，启动时间 t = 0.2s。算得故惯性力3G "15 汉 100.02, “10153NF i g t 9.810.23、工作负载液压缸拖动车削动力头进给时的工作负载为切削抗力Fe，已知 F e =1°kN。4、液压缸密封摩擦阻力作用于液压缸活塞上密封

7、阻力，用下式估算F mF =(1 n ) fF m 7cm，F e式中-液压缸机械效率，0.90 0.95。cmcm取0.90，算得启动时得静密封摩擦阻力cm3Fm(1 - cm)Fe(1 -0.90) 10 10 -1000N恒速时的动密封摩擦阻力估取为静密封摩擦阻力的30%，即 F 30% F ，即mdms ?Fmd=30%Fms=300N。2-1和2-2，液压缸的将上述计算过程综合后得到的各工作阶段的液压缸外负载结果列于表 负载循环图、速度循环图见图2。表2-1车削动力头液压缸外负载计算结果工况夕卜负载F/N计算公式结果快进启动F F fs + F ms4621加速G AvF =Ffd

8、x A+ +Fmd11g At12264恒速F _ F fd 2 + F md2111工进F = F e + F fd1 + F md16336表2-2车削动力头液压缸外负载计算结果工况外负载F/N计算公式结果快退启动F F fs * F ms4621加速G Av匚=匚+ X+匚FF fd2F md11g At 12264恒速F F fd2 * F md2111图2液压缸的负载循环图、速度循环图由表2-1和表2-2可以看出，最大负载出现在工进阶段，其最大值为F max二16336N .液压系统主要参数计算1、预选系统设计压力本车床属于半精加工机床，负载最大时为慢速工进阶段，其他工况时载荷都不大

9、，参考表3表3- 1按主机类型选择设计压力主机类型设计压力/MPa说明机床精加工机床0.8 2当压力超过32MPa时，称为超高压压力半精加工机床35龙门刨床28拉床810农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机 构10 16液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械20 22地址机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、 各类液压机具等25 100预选液压缸的设计压力 Pi=3MPa °2、计算液压缸主要结构尺寸为了满足动力头快速进退速度相等的要求并减小液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主公作腔，并在快进时 差动连接,则液压缸无 杆腔与有杆 腔的有效面 积a与A应满足A=2A2,即活塞杆直径d和

10、液压缸内径 D间应满足d=0.71D ° 为了提高动力头的工作平稳性，给液压缸设置一定回油背压。表3-2液压执行元件的背压力系统类型背压力/MPa中低压系统简单系统和一般轻载节流调速系统0.2 0.5回油带背压阀调整压力一般为0.51.5回油路设流量调节阀的进给 系统满载工作时0.5设补油泵的闭式系统0.8 1.5高压系统初算时忽略不计参考表表3 2，暂取背压0.3MPa,上已取液压缸机械效率 H屮=0 9，则可算得液压缸无杆腔的有效面积n（Pj卫2）cm 12163360.360.9 （3） 1062= 63.69 10一务2从而得液压缸内径D = 100mm = 10cm。学=J

11、4 63.攀10 = 0.091m=91mm按GB/T 2348-1993，将液压缸内径圆整为因 氏二2A2，故活塞杆直径为d =0.71D =0.71 100 =71mm按GB/T 2348-1993，将活塞杆直径圆整为 J二70mm二7cm .则液压缸有效实际面积为2兀 2兀乂4n2A 盲 D= 78.5cm兀22 兀222A?蔦（D d）蔦（10 7 "40.04cm2A =A<A 38.46cm由于动力头的最低工进速度很低，故需按A-d （式 3-1）V min对缸的结构尺寸进行检验：将调速阀的最小稳定流量qmin =50mL/min和活塞最小代入式3- 1，算得进给速

12、度 min = 0.02m/min = 2cm/minqmin 5022 二 25cmmin结果表明活塞面积可满足最低稳定速度的要求。差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取.: p = p - p =0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时.: p = 0 ;另外,取快退时的回油压力损失为0.6MPa。从而算得液压缸在工进阶段的实际工作压力- p a216336642 A20.340.046二 2.47 10 Pa 二 2.47MPacm 0.90IU 4 IUPl _A 78.5 10它正是系统工作循环中的最高压力。3、单个液压缸需求的最大流量液压缸

13、最大流量发生在快退阶段，算得单个液压缸的最大流量qi为23q1max = A?' max =4°.°4 3 10 "201%口/口" =12.012L/min4、其他工作阶段的压力、流量和功率其他由下表可见，快退阶段工作时，输入功率最大，其值为P1max = 594W.工作 阶段计算公式负载F/N回油腔 压力p/MPa工作腔 压力p/MPa单缸输入流量q/（L/mir）输入 功率R/W启 动LA2p46211.32快 进加速cm廿A22641.671.17恒速q 二 As21111.631.1311.53217P产 Piq工进n +P2A2P =

14、nAiq = An 2P产 Piq163360.32.470.1577.856.35318快 退启动加速恒速n +P2Ap _ cm46211.28Pi Aq = A2jP产 Piq22640.61.8021110.61.7612.01352四、制定方案，拟定液压系统图1、制定液压回路方案a. 调速方式与油源方案。考虑到切削进给传动功率不是很大，低速时稳定性要求较高；加 工期间负载变化较大，故采用限压式变量阀供油和调速阀联合的容积节流调速方案，且 快进时液压缸差动链接，以满足系统高压小流量和低压大流量的工况特点，从而提高系 统效率，实现节能，调速阀设置在进油路上，通过调节通流面积实现液压缸及其

15、拖动的车削动力头的车削进给调速度大小；通过分别调整两个调速阀可使两个车削动力头获得较高同步精度。b. 方向控制方案。由于系统流量不是太大，故选用三位五通“0”形中位机能的电磁换向 阀作主换向阀；本机床加工的轴颈长度尺寸无特殊精度要求，故采用行程控制即活动挡 块压下电器行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电来实现自动换向和速度换接。通过两 个电磁铁换向阀的通断组合，可实现两个车削动力头的独立调节。在调整一个时，另一个应停止。c. 速度换接方案。快进和和工进的速度换接由二位二通行程阀和远控顺序阀实现，以简化 油路，提高换接精度。工进时进右路和回油路的隔离采用单向阀实现。d. 背压与安全保护。为了提高液

16、压缸及其驱动的车削动力头的运动平稳性，在液压缸工进 时的回油路上设置一溢流阀，以使液压缸在一定的背压下运行。为了保证整个系统的安 全，在泵出口并联一溢流阀，用于防止过载。e. 辅助回路方案。在液压泵入口设置吸油过滤器，以保证油液的清洁度；在液压泵出口设 置压力表及多点压力表开关以便于个压力阀调压时的压力观测。2、合成液压系统图将上述各液压回路方案进行综合即可组成专用车床的液压系统原理图， 图中附表是电磁铁及 行程阀的状态表。以左侧动力头及液压缸 21 为例说明其工作原理。a 快进 按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电使换向阀 13 切换至左位。由于快进时负荷较小， 系统压力不高，故顺序阀 9 关

17、闭，变量泵 2 输出最大流量。此时，液压缸 21 为差动连 接，动力头快进。西戎的油液流动路线如下。进油路：变量泵 2宀换向阀13 （左位行程阀 19 （下位液压缸 21无杆腔。回油路：液压缸 21有杆腔t换向阀13 （左位单向阀11行程阀19 （下位液压缸21 无杆腔。b 工进 当动力头快速前进到预定位置时，动力头侧面的活动挡块压下行程阀19，动力头开始车削工件。此时系统压力升高，在顺序阀 9 打开的同时，限压式变量泵 2 自动减小 其输出流量，以便与调速阀 17 的开口相适应。系统中油液流动路线如下。进油路：变量泵换向阀13 （左位调速阀 17t液压缸21无杆腔。回油路：液压缸 21有杆腔

18、t换向阀13 （右位顺序阀 9t溢流阀（背压阀油箱。c 快退 在动力头工作进给到预定位置触动行程开关 SQ1 时，给出动力头快退信号，电磁 铁 1YA 断电， 2YA 通电，换向阀 1 3切换至右位，此时系统压力下降；变量泵2的流量又自动增大，动力头实现快退。系统中油液的流动路线如下。进油路：变量泵 2t换向阀13 （右位）t液压缸 21有杆腔。回油路：变量缸21无杆腔t单向阀15t换向阀13 （右位）t油箱。d.动力头原位停止 当动力头快退回到原位时，活动挡块压下终点行程开关SQ3,是电磁铁1YA和2YA均断电，此时换向阀 13操至中位，液压缸 21两腔封闭，动力头停止运 动，变量泵 2 实

19、现高压小流量卸荷。待卸下加工好的工件，装好待加工工件后，系统开始下一工作循环。图4- 1专用车床液压系统原理图I. 过滤器.2.液压泵 3.电动机 4、7、8.溢流阀5.压力表开关 6. 压力表 9、10顺序阀II、12、15、16.单向阀17、18.调速阀 19、20行程阀 21. 液压缸 22. 油箱表4 1专用车床液压系统电磁铁和行程阀状态表工件电磁铁和行程阀状态1YA2YA3YA4YA行程阀19行程阀20快进+一一+下位下位工进+一一+上位上位快退一+一上位上位等待一一一一下位下位3选择液压系统的元件和辅件(1)液压泵的选择由表可以查得液压缸的最高工作压力出现在工进阶段，即p1=：2.

20、47MPa，此时的输入流量较小，泵至缸间的进油路压力损失估取为.-： p =0.6MPa。则泵的最高工作压力卩戸为p =2.47 0.6 =3.07MPa在两车削头同时快退时，需要的总流量为q =2 q=2 12.01L / min = 24.02L / min2 max1max取漏液系数k = 1.1，则液压泵的流量为= kq =1.1 24.02= 26.42L / min根据系统所需流量，拟初选限压式变量液压泵的转速为n=1450r/min，泵的容积效率= 0.88 ,可算得泵的排量参考值为v1000qv 100076.42 “ c g- =20.70mL / rVg n V 1450

21、0.88根据以上计算结果查手册，选用规格相近的YBX-B30M 型限压式变量叶片泵，其额定压力为6.3MPa，排量为V=30mL/r,泵的额定转速为 n= 1500r/min，容积效率取=0.88，倒推V算得泵的额定流量为qP=Vn V=30 疋 1500汉 0.88= 39.6L / min与系统所需流量基本符合。该系统选用变量泵，故应分别计算快速空载与工进速度最大时所需的功率, 值选取电机功率。最大工进速度所需流量为按两者中的较大兀 2n2q=一n 、/=X/l H 江 1 = 7.85L /minmax 4 D Vmax 410选取泵的总效率为0.8，则工进所需最大功率为6-32.477

22、.8521010 = 808W 二 0.808kW6098_° Ppq maxPw=2 V由表可知，快速空载时，液压缸的总负载F=2264N，此时，液压泵的工作压力为Pp%二4 22粤 0.5=1.1MPa二 70空载快速时，液压泵所需的驱动功率为6_3Pwi = 907W =0.907kWPpQp 1.1 10 39.6 10n6028v因为pw : pw1，故应按空载快退速度时所需功率选取电机。查设计手册，选用 Y系列(IP44)中规格相近的 Y90L-4-B5型立式三相异步电动机，其额 定功率1.5kW，转速为1400r/min。用此转速驱动液压泵时，变量泵的实际输出流量分别为

23、q =Vn v = 30 1400 0.88=36.96L/min 26.24L/min = qp，仍能满足系统各工况对流量的要求。(2 )控制元件的选择查产品样本所选择的元根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量, 件型号规格如表所列。表5-1专用车床液压系统主要元件的型号规格序号名称通过流量/ (L/min )额定流量/ (L/min )额定压力/MPa工作 压力 /MPa型号1过滤器36.963原始压力 损失<0.02一XU-63 X80J2限压式变量叶片泵36.949.36.33.07YBX-40B4先导式溢流阀36.9636.33.9YF3-10B5六点压力表

24、开关一一6.33.9K-6B6压力表一一测量范围0403.9Y-407、8直动式溢流阀4.8102.50.3P-B10B9、10远控顺序阀4.86.33.6XY-10B11、12单向阀16.22256.33.071-25B13、14三位五通电磁换向阀26256.33.0735D-25B15、16单向阀26636.31-63B17、18调速阀<10106.32.47Q-10B19、20行程阀19.461006.32.4722C-25BHf 液压辅件的计算与选择本系统属于中压系统，故取经验系数5，得油箱容量为V ' qp = 5 49.3 二 246.5L管件尺寸由选定的标准元件油口

25、尺寸确定。所选择的过滤器、压力表及压力表开关的型号规格见表5 1五液压缸设计5.1液压缸结构的拟定采用双作用单出活塞缸作为执行元件。选择碳钢作为缸筒材料缸前端与机架，底座与缸体，缸体与缸套，缸体与后盖均采用法兰连接。采 用后端可调缓冲，前端间隙式缓冲。后端由一个单向阀与一个节流阀构成，端盖 底座和法兰间采用螺栓连接，共采用 8个螺栓。根据活塞中间支撑环大约10mm两边各向外扩展12mm安放一对丫型密封环, 丫型密封环宽度12mm再两边各向外取5mm活塞轴向长度为以上长度之和。活 塞与缸筒间采用丫型密封圈密封，端盖与活塞间采用 丫型密封圈密封。5.2液压缸主要几何尺寸的计算1. 活塞内径D的计算。根据上面的计算，取 D=100mm d=0.7D=70mm。2. 缸筒材料的选择要求与端盖成法兰焊接的缸筒，所以选择35钢3. 壁厚的选择选材料为碳钢；=150D=100Py =1.25P =1.25 2.47100二 7.65mm(150I 150 -1.73 1.25 2.47取：=8mm D仁D 2